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元素週期表(Periodic table)

Hightech   2016-09-02    20160902004
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❒ 元素週期表的特性
地球上目前已經發現自然存在或人工合成的元素共有103種(目前已經增加到118種),俄國科學家門德烈夫將這些元素依照一定的規則排列之後形成元素週期表,如<圖一>所示。

 

圖一 元素週期表。

 

由圖中可以發現許多元素之間竟然存在一定程度的相關性,換句話說,元素週期表最大的特性是:某一行或某一列元素雖然不同,卻具有類似的物理或化學性質。學習元素週期表,必須了解下列重點:
➤A族元素:同一行(直的為行)的元素稱為同一「族」,元素週期表的最左邊二行依次為1A與2A族元素,包括金屬元素與非金屬元素;最右邊六行依次為3A到8A族元素,包括金屬元素與半導體元素,右上方則多為氣體元素。A族元素最重要的特性為:幾A族元素就有幾個鍵結電子,詳細意義將於後面說明。
➤B族元素:元素週期表中央左邊八行(直的為行)依次為3B到8B族元素,中央右邊二行依次為1B與2B族元素,均為金屬元素,我們稱為「過渡金屬」。其中最有名的就是電影阿凡達(Avatar)中描述人類到潘朵拉星球去開採的礦物「難得素(Unobtainium)」,又稱為「稀土金屬」,主要成份是鑭系元素:鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鎦與鈧、釔等17個元素,目前廣泛的應用在石化、冶金、機械、能源等各種高科技產品中。知識力www.ansforce.com。

 

❒ 元素的名稱與代號
➤元素的名稱:元素在常溫常壓下(25°C、1大氣壓)為固態金屬者以「金」字旁表示,例如:銀、銅、鐵等;固態非金屬則以「石」字旁表示,例如:矽、硼、磷等;液態以「水」字旁表示,例如:汞、溴等;氣態則以「气」字頭表示,例如:氫、氦、氬等,這樣可以方便我們辨別。
➤元素的英文代號:元素的英文代號在科學上經常使用,因此想要閱讀比較專業的產業報告,則必須將幾個重要的英文代號熟記,本書對較重要的元素均會列出英文代號提供參考,例如:1A族的氫(H),3A族的鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In),4A族的碳(C)、矽(Si)、鍺(Ge),5A族的氮(N)、磷(P)、砷(As),6A族的氧(O),7A族的氟(F)與8A族的氬(Ar)等元素。

 

❒ 原子序(Atomic number)
原子序代表「元素在週期表中的排列順序」,是由左上角第一個氫元素開始,由左而右、由上而下依次排列。原子序愈大則原子愈重,原子序大於83以上的元素具有放射性。原子序最重要的意義為「原子序=質子數=電子數」,換句話說,原子序是多少就有多少個電子。例如:矽元素的原子序為14,代表矽原子的原子核內有14個質子(帶電量+14),原子核外則有14個電子(帶電量-14)繞著原子核(質子與中子)運轉,如果將原子想像成是棒球場,則原子核只有棒球的大小,而電子只有地上一粒砂的大小而已。大家以後不必再問到底原子有多少個質子與電子,只要自己查詢元素週期表就可以看出來了。

 

【範例】
氬原子的原子序為18,請問它有幾個質子?幾個電子?
〔解〕
因為「原子序=質子數=電子數」,氬原子的原子序為18,所以原子核內有18個質子(帶電量+18),原子核外有18個電子(帶電量-18)。知識力www.ansforce.com。

 

❒ 熔點(Melting point)
熔點是元素由固態轉變為液態時的溫度,元素週期表一般都使用「凱氏溫度(K)」來表示熔點,攝氏溫度(°C)恰好等於凱氏溫度(K)減去273度(°C=K-273),在粗略估計時大約減去300度就可以了,大家要牢記這個技巧,以後會經常使用。凱氏溫度又稱為「絕度溫度(Absolute temperature)」,科學上使用凱氏溫度的機會較多,根據近代物理學家的推導,凱氏零度(0K)是宇宙中可以存在的最低溫度(換算成攝氏為-273°C),換句話說,宇宙中沒有小於0K(-273°C)的溫度存在。
地球上熔點最高的是非金屬的碳(石墨),熔點為4300K(相當於4027°C),其次較常見的是金屬的鎢,熔點為3683K(相當於3410°C),熔點在製作科技產品時是很重要的參數,必須常常經由元素週期表查詢。

 

【範例】
碳(石墨)的熔點為4300K,是目前地球上已知熔點最高的物質,請問凱氏溫度4300K相常於攝氏幾度(°C)?
〔解〕
攝氏溫度(°C)=凱氏溫度(K)-273=4300-273=4027(°C)
〔粗略估計〕
攝氏溫度(°C)~凱氏溫度(K)-300~4300-300~4000(°C)

 

【延伸閱讀】其他詳細內容請參考「積體電路與微機電產業,全華圖書公司」。<我要買書